BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangMunicipal Solid Waste (MSW) meningkat seiring dengan

pertumbuhan populasi penduduk. MSW yang dibuang secara open dump menghasilkan emisi gas metana (50-55%) dan karbondioksida (45-50%). Gas metana dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar alternatif pengganti LPG dengan menggunakan sistem sanitary landfill [1]. Saat ini, salah satu pengembangan sanitary landfill adalah TPA Supit Urang.

TPA Supit Urang berlokasi di Kelurahan Mulyorejo, Kota Malang. Luas kawasan mencapai 31 hektar dan volume sampah 420,48 ton/hari dengan sistem control landfill. Komposisi MSW yaitu 70,5 % organik dan 29,5 % anorganik. Berdasarkan hasil perhitungan GIZ V-NAMAs pada tahun 2012, potensi gas metana mencapai 4.521 ton/tahun.

Instalasi gas metana dikembangkan sebagai bahan bakar alternatif pengganti LPG bagi penduduk sekitar TPA Supit Urang. Pelanggan biogas mengeluarkan biaya sekitar Rp.45.000,-/bulan untuk kebutuhan rumah tangga dan Rp. 105.000,- untuk usaha kuliner sehingga masyarakat dapat meminimalkan pengeluaran. Jumlah sumur penangkapan gas sebanyak enam puluh titik, panjang jaringan induk pipa gas 2.700 m, dan sambungan rumah 408 SR (Sambungan Rumah). Jaringan dan penyaluran gas metana terdiri dari instalasi pengambilan gas metana, instalasi pemisah gas dan air, instalasi pengendalian gas, dan instalasi pelepasan gas flaring. Instalasi-instalasi tersebut dihubungkan dengan jaringan pipa. (DKP Kota Malang, 2014).

Permasalahan yang dihadapi instalasi gas metan yaitu pressure drop. Pressure drop mempengaruhi flowrate biogas yang diterima pelanggan. Semakin besar pressure drop maka semakin kecil flow rate gas metana. Jaringan pipa pelanggan biogas melalui banyak valve, elbow, tee, dan lain-lain sehingga pressure drop yang dihasilkan menjadi besar [2]. Penambahan SR baru akan meningkatan pressure drop. Hasil dari simulasi

1

2

HYSYS akan menunjukkan apakah jaringan pipa pelanggan biogas memiliki pressure drop besar. Pressure drop diatasi dengan pembuatan design jaringan pipa baru. Design jaringan pipa baru akan disimulasi dengan HYSYS sehingga didapatkan pressure drop kecil.

Penelitian sebelumnya tentang pressure drop pada pipa jaringan pelanggan biogas belum dilakukan. Namun, ada beberapa penelitian tentang pressure drop dengan menggunakan HYSYS. Penelitian Sugiarto (2011) menunjukkan pressure drop pada pipa distribusi gas dengan variasi diameter pipa. Hasil simulasi menunjukkan pressure drop dan tekanan MR/S terkecil pada diameter 110 mm yaitu sebesar 2 mbar dan 57 mbarg. Penelitian Widya Rahma Iswara dan Ari Susandy Sanjaya (2015) menunjukkan pengaruh pressure drop terhadap efektivitas heat exchanger. Hasil simulasi menujukkan bahwa pressure drop tidak melebihi standard. Penelitian-penelitian tersebut memberikan gambaran mengenai pressure drop dengan menggunakan HYSYS.

1.2 Rumusan MasalahPermasalahan yang akan dibahas pada penelitian tugas akhir

ini antara lain: 1. Berapa pressure drop pada jaringan pipa pelanggan biogas di

TPA Supit Urang Kota Malang dengan metode HYSYS?2. Bagaimana hasil perhitungan dan simulasi HYSYS untuk

pengembangan jaringan pipa pelanggan biogas?

1.3 TujuanTujuan dilakukannya tugas akhir ini antara lain:

1. Mengetahui besar pressure drop pada jaringan pipa pelanggan biogas di TPA Supit Urang Kota Malang dengan metode HYSYS

2. Mengetahui hasil perhitungan dan simulasi HYSYS untuk pengembangan jaringan pipa pelanggan biogas.

1.4 Manfaat

3

Manfaat dilakukannya tugas akhir ini adalah DKP Kota Malang dapat menjadikan acuan mengenai pressure drop pada jaringan pipa pelanggan biogas di TPA Supit Urang Kota Malang dengan metode HYSYS

1.5 Batasan MasalahBatasan masalah dalam pelaksanaan tugas akhir ini antara

lain:1. Biogas dianggap fluida satu fasa.2. Data berupa gambar jaringan pipa dan spesifikasi pipa

didapatkan dengan metode observasi langsung.3. Pengukuran pressure dilakukan dengan menggunakan

manometer pada tiga sampel rumah pelanggan gas metana.

1.6 Sistematika Tugas AkhirAdapun sistematika tugas akhir meliputi sebagai berikut:

BAB I : Latar belakang BAB II :BAB III:BAB IV :BAB V :

BAB IILANDASAN TEORI

2.1 BiogasBiogas berasal dari proses aerob dan anaerob digenstion.

Proses ini dipengaruhi oleh total solid content, temperatur, retention time, pH, rasio antara C:N, dan organic loading rate (OLR) / voratile solid (VS) [7]. Biogas dapat dihasilkan dari limbah rumah tangga; kotoran hewan; sampah organik dari pasar, industri dan sebagainya. Biogas dapat dihasilkan dengan menggunakan digester seperti biogas dari kotoran sapi. Sedangkan LFG didapatkan dengan menggunakan extraction well.

Digester dibagi menjadi batch-type digester dan continuous-type digester. Batch-type digester mudah dibuat dan bisa digunakan untuk batch kering. Contoh batch-type digester yaitu garage digester. Digester ini mempunyai kapsitas yang besar sekitar 2000 hingga 50000 ton/tahun dan low maintence. Pada continuous-type digester, digester terus diisi dengan feedstock. Continuous-type digester dibagi lagi menjadi vertical digester, horizontal digester, dan multiple tank system[1].

Gas metana yang dihasilkan dengan menggunakan digester pada beberapa bahan organik ditunjukkan pada gambar 2. Flolation sludge menghasilkan yield gas metana terbesar. Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa biogas yang dihasilkan dari sisa makanan lebih baik dibandingkan kotoran hewan. Selain itu, biaya untuk digester kotoran sapi tidak menguntungkan dibandingkan rendahnya biogas yang dihasilkan jika dibandingan dengan bahan organik lainnya [8]. Walaupun volume biogas yang dihasilkan dari kotoran unggas dan kotoran sapi lebih besar dibandingkan serai, kualitas biogas dari serai lebih baik dibandingkan dari kotoran sapi dan unggas [9]. Peningkatan kulitas biogas dari kotoran sapi dilakukan dengan menambahkan bubuk kopi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa metana yang dihasilkan campuran antara kotoran sapi dan bubuk

4

5

kopi lebih banyak dibandingkan kotoran sapi dan kopi bubuk saja [8].

2.2 LFG (Landfill Gas)Visi – mendifinisikan siapa kita sebagai sebuah perusahaan

dan untuk menjadi apa yang kita cita-citakan dan memberi kita gambaran seperti apa sukses terlihat.

LFG merupakan gas yang dihasilkan pada proses dekomposisi pada bahan organik yang terdapat di MSW landfill. Ada empat fasa proses pembentukan LFG, ditunjukkan gambar 3. Gas metan mulai terbentuk pada saat proses methanogenic. Gas metana dari landfill dengan menggunakan gas collector. Ada dua tipe gas collector yaitu active gas collector dan passive gas collector. Active gas collector menggunakan blower atau compressor untuk menarik LFG menuju extraction well. Sedangkan passive gas collector hanya memanfaatkan tekanan alami LFG. LFG gas collector terdiri dari extraction well, condensate collection, blower, dan flare.

6

Gambar 1. Proses Pembentukan LFG [1].Ada dua tipe extraction well yaitu vertical extraction well

dan horizontal extraction well. Desain yang umum digunakan yaitu vertical extraction well. Keuntungan vertical extraction well yaitu tidak mengganggu existing site, reliable dan mudah untuk inspeksi dan pemompaan. Namun, tipe ini membutuhkan banyak operasi dan maintenance [1].

7

(b)

(a)Gambar 2. (a) Vertical Extraction Well dan (b) Horizontal

Extraction Well.

2.3 Pressure Drop Total head loss adalah penjumlahan major loss dan minor

loss, dirumuskan dengan persamaan (3).

P1

ρg+

V̄ 12

2 g+z1=

P2

ρg+

V̄ 22

2g+z2+hlT (2)

hlY=hl+hlm (3)

9.6.1. Major Losses (hl)

8

Major losses terjadi akibat gesekan fluida dengan permukaan pipa. Major losses dapat dirumuskan dengan persamaan (4).

ΔPρg

=hl= fLD

V̄ 2

2 (4)Dimana: f = friction factorNilai f pada aliran laminar dan turbulen ditunjukkan oleh

persamaan (5) dan (6). Nilai f juga dapat ditemukan pada Moody’s Diagram.

f =64Re (5)

f =0 , 3164

Re0, 25(6)

9.6.2. Minor Losses (hlm)Pada sistem pipa, fluida akan melalui fitting, bend, atau valve

sehingga terjadi minor losses. Salah satu penyebab minor losses yaitu pemisahan aliran fluida dalam pipa. Minor losses dapat dirumuskan dengan persamaan (7) atau (8).

hlm=K

V̄ 2

2 (7)

hlm=f

Le

DV̄ 2

2 (8)Dimana: K = loss coefficientLe = equivalent length

Inlet dan exit

(a) (b)

9

Gambar 3. Minor Loss Coefficient untuk (a) entrance dan (b) exit pipa .

Sudden enlargement dan constraction

(a)

(b)Gambar 4. Loss Coefficient pada (a) Sudden Contraction

dan (b) Sudden Expansion

Gradual enlargement dan constractionTabel 1. Loss Coefficient pada Gradual Contraction.Included Angle (θ)

A2/ A110⁰ 15⁰-40⁰ 50⁰-60⁰ 90⁰ 120⁰ 150⁰ 180⁰

0,50 0,05 0,05 0,06 0,12 0,18 0,24 0.260,25 0,05 0,04 0,07 0,17 0,27 0.35 0.410,1 0,05 0,05 0.08 0,19 0,29 0,37 0,43

10

Gambar 5. Loss Coefficient pada Gradual Expansion.

Pipe bend

Gambar 6. Loss Coefficient pada Pipe Bend 90⁰.

Valve dan fittingNilai K pada valve dan fitting dijunjukkan pada tabel 5.

Tabel 2. Loss Coefficient pada Valve dan Fitting [2].

Tipe FittingEquivalent Length (Le/D)

Valve (fully open) 8Gate valve 240Globe valve 150Angle valve 3

11

Ball valve 600

Lift check valve Globe lift 55Angle lift 420

Foot valve with strainer

Poppet disk 75Hinged disk 75

Standard elbow90⁰ 3045⁰ 16

Return bend, close pattern 50

Standard teeFlow through run 20Flow through branch

60

2.4 HYSYSAspen HYSYS merupakan software process

engineering untuk mensimulasikan suatu unit process atau multi unit process yang terintegrasi, intuitive, iterative, open and extensible sesuai dengan prinsip kesetimbangan massa dan energi.. HYSYS digunakan oleh produsen oil dan gas, refinery, dan perusahaan engineering untuk rocess simulation dan process optimization pada desain dan operasi. HYSYS dapat digunakan untuk mensimulasikan unit proses secara steady state dan dynamic.

HYSYS menawarkan beberapa fluid package. Fluid package dipilih sesuai dengan kondisi fluida yang disimulasikan. Elliot dan Lira (1999) [13] menyarankan sebuah decision tree yang ditunjukkan oleh gambar 9. Contoh simulasi HYSYS untuk gas engine. Spesifikasi fluida diperlukan untuk memilih fluid package yang tepat. Peng-Robinson (PR) dipilih sebab memiliki robust database dan equation sehingga sesuai untuk mengestimasi kesetimbangan hidrokarbon [12].

12

Gambar 9. Decission Tree Diagram.

Perhitungan pressure drop menggunakan formula Darcy dimana jaringan pipa dibuat dalam beberapa segment. Pressure drop dihitung pada setiap segment. Hasil perhitungan pada segment pertama digunakan pada segment selanjutnya sehingga didapatkan total pressure drop plant. Perhitungan HTC diestimasi dengan menggunakan lima korelasi yaitu Petukov, Dittus, and Sieder untuk fluida

13

single-phase dan Profes and HTFS untuk multi-phase. Perhitungan pada pipa memerlukan informasi yang spesifik sehingga memenuhi prinsip kesetimbangan massa dan energi.

14

Halaman ini sengaja dikosongkan.

BAB IIIMETODOLOGI PENELITIAN

3.1 Prosedur PenelitianUntuk mencapai tujuan penelitian ini maka dilakukan

tahapan-tahapan penelitian yang ditunjukkan pada gambar 3.1, dengan penjelasan sebagai berikut:

Gambar 10. Flowchart Penelitian

15

16

1. Studi LiteraturTahap studi literatur dilakukan untuk mengetahui biogas landfill, pressure drop, dan simulasi HYSYS. Materi tentang biogas landfill meliputi sumber-sumber biogas, proses terbentuknya biogas, pengertian MSW (Municipal Solid Waste) dan Sanitary landfill, dan LFG (Landfill Gas). Perhitungan pressure drop fluida satu fasa pada jaringan pipa. Materi tentang simulasi HYSYS meliputi langkah-langkah dalam membuat simulasi jaringan pipa dengan menggunakan HYSYS.

2. Pengambilan DataData yang dibutuhkan meliputi spesifikasi pipa, karakteristik biogas, produksi biogas, dan pemakaian biogas. Spesifikasi pipa terdiri dari diameter luar, diameter dalam, ketebalan, thermal conductivity (k), dan sebagainya. Karakteristik biogas meliputi komposisi dan temperatur biogas. Pressure dan produksi biogas didapatkan dengan pengukuran langsung. Pressure didapatkan dengan pengukuran menggunakan manometer. Manometer dipasang pada tiga titik, yaitu titik RK1 (RT 5), RK2 (RT 7) dan RK3 (RT 4). Data jaringan pipa instalasi biogas di TPA Supit Urang Kota Malang. Data-data tersebut diperlukan untuk mendesign jaringan pipa.

3. Pembuatan Design Jaringan Pipa Pelanggan BiogasDesign jaringan pipa pelanggan biogas didapatkan dengan menggunakan data spesifikasi pipa dan jaringan pipa yang ada. Design dibuat dengan menggunakan visio. Design jaringan pipa pelanggan biogas diubah jika hasil simulasi HYSYS menunjukkan adanya pressure drop yang besar. Perubahan design meliputi perubahan ukuran pipa dan letak pipa tanpa mengubah saluran pipa sambungan rumah.

17

4. Simulasi HYSYSPengolahan data dilakukan dengan simulasi HYSYS. Simulasi HYSYS menggunakan design jaringan pipa pelanggan biogas yang ada dan karakteristik biogas. Berikut ini merupakan langkah-langkah pembuatan simulasi HYSYS jaringan pipa pelanggan biogas. Jika hasil simulasi menunjukkan pressure drop yang besar maka simulasi dilakukan kembali dengan desaign baru yaitu dengan merubah rating dari segment pipa yang ada.

18

Gambar 71. Diagram Alir Simulasi HYSYS

Perhitungan secara langsung dilakukan dengan menggunakan rumus pressure drop akibat friction pada gas isothermal dan compressible:

5. Pembahasan hasil penelitianPembahasan hasil penelitian dilakukan setelah mendapatkan data hasil simulasi HYSYS. Data hasil simulasi akan menunjukkan design jaringan pipa dengan pressure drop kecil.

6. KesimpulanDari hasil simulasi maka akan didapatkan besar pressure drop pada jaringan pipa yang ada dan design jaringan pipa baru dengan pressure drop kecil.

BAB IVANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisa DataKesimpulan yang diperoleh dari kerja praktek dengan tema

studi instrument pada Water Holdup Capacitance (CWH) PT. Halliburton Wireline and Perforating Surabaya-Indonesia, antara lain:

1. Halliburton Wireline and Perforating Service (WPS) Surabaya terdiri dari FSQC (Field Services Quality Coordinator), FSC (Field Services Coordinator), Maintenance Coordinator, and Field Engineer.

2. Manajemen Preventive Maintenance instrument terdiri dari PM1, Post Test PM1 dan vibration test. Sonde/ Electronic Lab melakukan troubleshootingpada instrument yang gagal melewati tes.

3. CWH (Capacitance Water Holdup) menggunakan pengukuran dielektrik fluida di borehole.

4. Komponen CWH (Capacitance Water Holdup)yaitu telemetri, oscillator sensor and frequency step down.

5. Preventive maintenance CWH meliputipergantianlubricantdanoil; mechanical check; danelectrical check.

4.2 PembahasanSaran yang dapat diberikan pada invetaris instrument antara

lain:1. Penyediaan penyimpanan sesuai dengan jenis alat

sehingga mudah untuk mengaksesnya. 2. Kabel dapat diklasifikasikan berdasarkan diameter atau

jenisnya. 3. Penyimpanan O-ring dapat dibuat sesuai dengan

ukurannya.

19

20

Halaman ini sengaja dikosongkan.